[发明专利]采用四极曝光方式的光刻装置、通光单元及光刻方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体微电子器件制造设备领域，尤其涉及一种采用四极曝光方式的光刻装置、通光单元及光刻方法。

背景技术

半导体器件制作通常采用光刻曝光方式形成所需的图形，其基本步骤如下：首先，在硅片上涂光刻胶，随后，强光通过一块刻有电路图案的掩膜版，照射在硅衬底上，被照射到部分的光刻胶发生变质，之后用腐蚀性液体清洗硅片，去除变质光刻胶，在硅衬底上刻下与光掩膜相同电路图案光刻胶图形，最后，经过烘焙和显影等工序，形成成品晶圆。

在整个光刻曝光的过程中，光刻装置的性能直接影响到晶圆的成品率。请参阅图1和图2，图1为采用传统四极通光曝光方式的偏轴(Off-Axis)光刻曝光系统示意图，图2为图1所示四极通光单元12的俯视图。如图所示，入射光线11沿与轴线一定偏离通过四极通光单元12和聚光透镜13，在光掩模14图形处形成衍射，0级和+1级衍射光经过投影透镜15后在硅衬底16表面干涉形成器件图形。其中，相干系数σ是描述圆形光圈大小的一个重要参数，它表示投影透镜被光源占据的程度，σ=聚光透镜的孔径/投影透镜的孔径，相干系数σ_in和σ_out，开口角度α及相对方向夹角β是描述四极透光孔大小及宽度的重要参数，σ_in至σ_out距离为透光孔宽度，α决定通光孔尺寸，相对方向夹角β决定通光孔排布。

四极曝光是偏轴曝光的一个特殊例，相比一般的偏轴曝光，在小线宽尺寸的图形上具有更大对比度，更高的分辨率及更好的工艺宽容度。但是继续随着制造工艺的进步，简单的四极曝光逐渐的不能满足技术对分辨率需求，而且不能保证不同尺寸的图形都有足够的分辨率，导致一部分图形无法被显像，形成所谓的禁止空间间距(Forbidden Pitch)区域。请参阅图3，图3为四极通光单元大小对不同空间间距图形线宽尺寸的影响，其中关键尺寸（Critical Dimension，简称CD）越接近于零,成品精度越高，技术越先进。如图所示，图中显示的曲线在空间间距约为150nm，偏离零点较大，关键尺寸误差最大，导致某一个或几个区间显像困难。

请参阅图4，图4为一种现有改进技术示意图，其采用两对沿透光单元中心轴对称的四极透光孔的光刻曝光方法。该方法通过两对内外排布的四极透光孔有效地减少了线宽尺寸在较大空间间距区域内的波动，降低了形成禁止空间间距区域的风险。

然而，上述两对四极透光孔仍在平衡各种图形的线宽尺寸和工艺窗口方面缺少灵活性，难以对不同尺寸的图形达成最佳工艺平衡。综上所述，如何达成各种图形的线宽尺寸和工艺窗口的最佳工艺平衡，不仅需要合适尺寸的四极透光孔，而且需要与各种图形的线宽尺寸相匹配的曝光量。这是目前业界所需要追求的目标。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，通过包含多灰度组合的四极透光孔照明灰度差异平衡曝光量，使得四极透光孔照明发挥最佳的分辨率增强和工艺窗口平衡等多重功能。

为达成上述目的，本发明的技术方案如下：

一种采用四极曝光方式的光刻装置，包括：光源、至少具有一对透光孔的四极通光单元，聚光透镜、光掩膜及投影透镜，从上至下依次排布。其中，上述通光单元中的至少一个透光孔内中包含多个灰度区，聚光透镜聚集光源光线通过具有衍射功能的光掩膜、投影透镜将衍射光聚焦在位于其下部的硅衬底上。

优选地，所述四极通光单元内透光孔为一组，其形状为部分圆环型段、扇形、圆形、椭圆形、多边形或他们的组合之一，且与所述通光单元中心轴对称排布。

优选地，四极通光单元的透光孔内包含灰度区的数量为两个或两个以上不同灰度的区域，多个灰度区的灰度差异为过渡式差异，或为跳跃式差异。

优选地，透光孔内的灰度区形状为条状、圆形、环状、或他们的组合之一。

优选地，透光孔内的灰度区沿通光单元中心轴对称排布。

优选地，当透光孔为圆形或椭圆形，灰度区为圆形、环形或椭圆形时，透光孔内的灰度区与透光孔同轴。

优选地，所述四极通光单元内通光孔的外圈部分相干系数σ_out的范围是0.7～0.9；内圈部分相干系数σ_in的范围是0.3～0.5。

优选地，所述四极通光单元内透光孔的开口角度α的范围是15°～50°。

优选地，所述光源光线波长为436纳米、365纳米、248纳米、或193纳米。

为达成上述目的，本发明提供一种器件，技术方案如下：